逆变电源老化测试的交流电子负载模块及老化测试系统的制作方法

本发明涉及电源老化测试领域，具体涉及一种用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块及老化测试系统，以应用于车载逆变器、船用逆变器、储能逆变器、光伏逆变器、便携式移动交流电源等将直流转换为交流的逆变电源进行老化测试。

背景技术：

为了检验和提高逆变电源(又称逆变器)产品的可靠性、稳定性和安全性，对逆变电源进行老化测试已成为此类产品生产工艺流程中的一个重要环节。所谓“老化”是指仿真出一种高温的恶劣条件下对电源产品进行长时间的满负荷测试，以模拟实际使用可能出现的恶劣条件来检验产品的性能。

传统的逆变电源老化测试设备大多以灯泡、大功率电阻或发热丝等纯阻性假负载为主。传统的针对逆变电源老化的解决方案如图1所示，由大功率直流电源供应器为逆变电源提供直流输入，使用灯泡或电阻作为逆变电源的交流负载，将逆变电源输出的交流电能转换为热能消耗掉。由于单台逆变电源的功率通常在50w至5kw不等，甚至更大，因此老化过程中需要消耗大量电能，传统的逆变电源老化测试解决方案存在以下缺点：

1)能源100％消耗，大大增加了产品测试成本；

2)测试过程无法监控，无数据记录，无法进行品质追踪；

3)需要数量较多的大功率直流电源供应器为逆变电源供电；

4)灯泡发光发热，使车间环境变得恶劣，对测试人员造成身体伤害；

5)高温高热存在火灾隐患。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块及老化测试系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块，包括交流负载单元和能量回馈单元，以及驱动所述交流负载单元与所述能量回馈单元的控制单元，其中：

所述交流负载单元由交流输入端口、第一电压采样电路、相位检测电路、电流采样电路、第一驱动电路和无桥pfc组成，所述无桥pfc的输入端与交流输入端口连接，所述控制单元与所述第一电压采样电路、所述电流采样电路和所述相位检测电路分别连接以采样所述交流输入端口所输入交流电的电压、电流及相位，所述控制单元与所述第一驱动电路连接以驱动所述无桥pfc工作；

所述能量回馈单元由第二电压采样电路、第二驱动电路、llc谐振变换器、隔离驱动电路、电压反馈电路、直流输出端口组成，所述llc谐振变换器的输入端与所述无桥pfc的输出端连接，所述直流输出端口与所述llc谐振变换器的输出端连接，所述控制单元与所述第二电压采样电路连接以采集所述llc谐振变换器输入端的电压，所述控制单元与所述电压反馈电路相连以采集所述直流输出端口的电压，所述控制单元与所述第二驱动电路和所述隔离驱动电路分别连接以驱动所述llc谐振变换器工作。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述的无桥pfc由开关管q1、开关管q2、整流二极管d1、整流二极管d2和储能电容e1组成，所述整流二极管d1、d2的阴极相连接以形成连接交流输入端口的第一整流输出线，所述开关管q1、q2的源极相连接以形成连接交流输入端口的第二整流输出线，所述储能电容e1连接在所述第一、第二整流输出线之间，所述整流二极管d1的阳极和所述开关管q1的漏极连接以形成第一交流输入线，所述整流二极管d2的阳极和所述开关管q2的漏极连接以形成第二交流输入线，所述第一驱动电路与所述开关管q1、q2的栅极分别连接。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述无桥pfc的输入端与交流输入端口之间还连接有emi滤波器，所述第一交流输入线与所述emi滤波器连接的线路中串联有电感l1，所述第二交流输入线与所述emi滤波器连接的线路中串联有电流采样电阻r1。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述第一电压采样电路连接在所述emi滤波器的输入端，所述相位检测电路与所述第一电压采样电路连接，所述电流采样电路连接在所述电流采样电阻r1的两端。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述llc谐振变换器由开关管q3、开关管q4、同步整流管q5、同步整流管q6、谐振电感l2、谐振电容c3和变压器t1组成，所述开关管q3的漏极与第一整流输出线连接，所述开关管q4的源极与第二整流输出线连接，所述变压器t1具有初级绕组和次级绕组，所述开关管q3的源极与所述开关管q4的漏极相连后通过谐振电感l2与所述初级绕组的一端连接，所述初级绕组的另一端通过谐振电容c3与所述开关管q4的源极连接，所述同步整流管q5的源极与所述变压器t1的次级绕组的一端连接，所述同步整流管q6的源极与所述变压器t1的次级绕组的另一端连接，所述同步整流管q5、q6的漏极相连接以形成连接直流输出端口的第一直流输出线，所述次级绕组的中部与直流输出端口连接以形成第二直流输出线。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述第一直流输出线与所述第二直流输出线之间还连接有滤波电容e2，所述电压反馈电路连接在所述滤波电容e2的两端，所述第二电压采样电路连接在所述第一整流输出线和所述第二整流输出线之间，所述第二驱动电路与所述开关管q3、q4的栅极分别连接，所述隔离驱动电路与所述同步整流管q5、q6的栅极分别连接。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述控制单元为dsp控制器，所述dsp控制器通过光电隔离电路连接rs485通讯接口，所述dsp控制器还连接有地址开关以用于设置所述rs485通讯接口的通讯地址。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种老化测试系统，包括直流电源供应器、上位机，至少一个用于老化测试的逆变电源，以及与所述逆变电源一一对应连接的上述任一项所述用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块，所述直流电源供应器通过直流供电母线与各个所述逆变电源分别连接以提供直流电，所述交流电子负载模块通过交流输入端口输入所述逆变电源输出的交流电并转化为直流电，然后通过直流输出端口回馈到直流供电母线上，所述上位机与各个所述交流电子负载模块通讯连接以对老化测试进行监测。

作为本发明的进一步优选技术方案，当交流电子负载模块为多个时，各个所述交流电子负载模块的rs485通讯接口均连接在同一rs485总线上，所述rs485总线通过光电隔离转换器连接至上位机的rs-232接口。

本发明的用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块及老化测试系统，通过采用上述技术方案的交流电子负载模块，使得直流电源供应器的输出直流到直流供电母线，并向被测逆变电源提供输入能量，交流电子负载模块将逆变电源输出的交流电压进行整流降压后并入直流供电母线，实现能量回馈，系统工作后直流电源供应器只需补充因逆变电源与节能型交流电子负载模块自身转换效率产生的损耗部分，不仅节省电能，还大大减少了配套设备的投入，降低了测试成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为传统的逆变电源老化测试方案的原理框图；

图2为本发明实施例中用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块的原理框图；

图3为本发明实施例中用于逆变电源老化测试的系统框图；

图4为本发明实施例中用于逆变电源老化测试系统的能量回馈原理简图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示，用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块包括交流负载单元和能量回馈单元，以及驱动所述交流负载单元与所述能量回馈单元的控制单元，其中：

所述交流负载单元由交流输入端口、第一电压采样电路、相位检测电路、电流采样电路、第一驱动电路和无桥pfc组成，所述无桥pfc的输入端与交流输入端口连接，所述控制单元与所述第一电压采样电路、所述电流采样电路和所述相位检测电路分别连接以采样所述交流输入端口所输入交流电的电压、电流及相位，所述控制单元与所述第一驱动电路连接以驱动所述无桥pfc工作；

所述能量回馈单元由第二电压采样电路、第二驱动电路、llc谐振变换器、隔离驱动电路、电压反馈电路、直流输出端口组成，所述llc谐振变换器的输入端与所述无桥pfc的输出端连接，所述直流输出端口与所述llc谐振变换器的输出端连接，所述控制单元与所述第二电压采样电路连接以采集所述llc谐振变换器输入端的电压，所述控制单元与所述电压反馈电路相连以采集所述直流输出端口的电压，所述控制单元与所述第二驱动电路和所述隔离驱动电路分别连接以驱动所述llc谐振变换器工作。

具体实施中，所述的无桥pfc由开关管q1、开关管q2、整流二极管d1、整流二极管d2和储能电容e1组成，所述整流二极管d1、d2的阴极相连接以形成连接交流输入端口的第一整流输出线，所述开关管q1、q2的源极相连接以形成连接交流输入端口的第二整流输出线，所述储能电容e1连接在所述第一、第二整流输出线之间，所述整流二极管d1的阳极和所述开关管q1的漏极连接以形成第一交流输入线，所述整流二极管d2的阳极和所述开关管q2的漏极连接以形成第二交流输入线，所述第一驱动电路与所述开关管q1、q2的栅极分别连接。

具体实施中，所述无桥pfc的输入端与交流输入端口之间还连接有emi滤波器，所述第一交流输入线与所述emi滤波器连接的线路中串联有电感l1，所述第二交流输入线与所述emi滤波器连接的线路中串联有电流采样电阻r1，r1作为交流输入电流的采样电阻，经电流采样电路放大后送入dsp控制器，用于控制拉载电流或功率。

具体实施中，所述第一电压采样电路连接在所述emi滤波器的输入端，所述相位检测电路与所述第一电压采样电路连接，所述电流采样电路连接在所述电流采样电阻r1的两端。

具体实施中，所述llc谐振变换器由开关管q3、开关管q4、同步整流管q5、同步整流管q6、谐振电感l2、谐振电容c3和变压器t1组成，所述开关管q3的漏极与第一整流输出线连接，所述开关管q4的源极与第二整流输出线连接，所述变压器t1具有初级绕组和次级绕组，所述开关管q3的源极与所述开关管q4的漏极相连后通过谐振电感l2与所述初级绕组的一端连接，所述初级绕组的另一端通过谐振电容c3与所述开关管q4的源极连接，所述同步整流管q5的源极与所述变压器t1的次级绕组的一端连接，所述同步整流管q6的源极与所述变压器t1的次级绕组的另一端连接，所述同步整流管q5、q6的漏极相连接以形成连接直流输出端口的第一直流输出线，所述次级绕组的中部与直流输出端口连接以形成第二直流输出线。

具体实施中，所述第一直流输出线与所述第二直流输出线之间还连接有滤波电容e2，所述电压反馈电路连接在所述滤波电容e2的两端，所述第二电压采样电路连接在所述第一整流输出线和所述第二整流输出线之间，所述第二驱动电路与所述开关管q3、q4的栅极分别连接，所述隔离驱动电路与所述同步整流管q5、q6的栅极分别连接。

具体实施中，所述控制单元为dsp控制器，所述dsp控制器通过光电隔离电路连接rs485通讯接口，dsp控制器与rs485通信接口之间采用光电隔离，以提高通信回路的抗干扰能力与稳定性。所述dsp控制器还连接有地址开关以用于设置所述rs485通讯接口的通讯地址，地址开关用于给每个负载模块设置一个唯一的地址，以便上位机可以精确定位到每个负载模块的每一个通道。

如图3所示，本发明还提供了一种老化测试系统，包括直流电源供应器、上位机，至少一个用于老化测试的逆变电源，以及与所述逆变电源一一对应连接的上述任一实施例所述用于逆变电源老化测试的交流电子负载模块，所述直流电源供应器的输入端连接交流电源进行交直流转换后，其输出端通过直流供电母线与各个所述逆变电源分别连接以提供直流电，由直流电源供应器的直流输出端向直流供电母线统一供电。所述交流电子负载模块通过交流输入端口输入所述逆变电源输出的交流电并转化为直流电，然后通过直流输出端口回馈到直流供电母线上，由于交流电子负载模块具有功率因数校正功能，使其输入特性呈阻性，可使被测的逆变电源以最大有功功率进行老化。所述上位机与各个所述交流电子负载模块通讯连接以对老化测试进行监测，交流电子负载模块可根据监控电脑设定的参数进行恒流或恒功率加载，并可实时将老化测试过程中的数据传送给监控电脑进行数据记录并生成报表等。

具体实施中，当所述交流电子负载模块为多个时，各个所述交流电子负载模块的rs485通讯接口均连接在同一rs485总线上，所述rs485总线通过光电隔离转换器连接至上位机的rs-232接口，其中，地址开关用于设置交流负载模块在rs485总线上唯一通信地址，以使上位机与各交流电子负载模块的dsp控制器通讯连接，实现对交流电子负载模块的工作状态及拉载参数进行监控。

本实施例中的dsp控制器根据第一电压采样电路和相位检测电路对交流电子负载模块的交流输入进行电压检测和相位锁定，交流输入端口与被测逆变电源的交流输出端相连，经emi滤波器后向无桥pfc电路供电。测试过程中，dsp控制器根据交流输入的电压幅度及相位输出spwm开关信号，经第一驱动电路放大后控制开关管q1和q2，使其中一个续流另一个作高频开关，分别在交流电压正负半周的时候交替工作，电感l1为升压电感，经整流二极管d1、d2整流后向储能电容e1充电，同时向后级llc变换器提供能量。无桥pfc电路在实现升压的同时，确保输入电流与输入电压同频同相，使负载输入状态呈阻性。

在本实施例中，llc谐振变换器作为节能型交流电子负载模块的能量回馈单元，将无桥pfc电路整流后的高压直流隔离转换为低压直流，通过直流输出端口与直流供电母线并联。由于直流供电母线存在线路压降与损耗，通常节能型交流电子负载模块的直流输出电压设置高于直流供电母线电压的10％～20％，以确保能量得以全部回收利用。

具体实施中，当前端无桥pfc电路工作后，dsp控制器同时输出两对频率相同，相位相反，占空比为50％的pwm信号，其中一对pwm信号经第二驱动电路放大后控制开关管q3、q4，另一对pwm信号经隔离驱动电路放大后控制同步整流管q5、q6，其开关频率等于llc谐振变换器的谐振频率，因此，开关管q3与q4工作在零电压开关模式，同步整流管q5与q6则工作在零电流开关模式，以提高转换器效率。

本实施例中，电压反馈电路用于直流输出电压控制，并由dsp控制器实时监控，以防止因线路故障时输出电压过压。

为了让本领域的技术人员进一步理解本发明，下面结合附图4举例阐述本发明用于逆变电源老化测试系统的能量回馈原理：

如图4所示，该实施例中采用转换效率均为90％的逆变电源和交流电子负载模块，该逆变电源输出100kw给交流电子负载模块作为交流输入，然后经过交流电子负载模块转换为直流后输出，交流电子负载模块的输出功率为100kw*0.9＝90kw。交流负载输出的能量返回到直流电源供应器输出端并联，一起向逆变电源提供输入能量。由于逆变电源的总输入功率为110kw，交流负载返回90kw，因此，直流电源供应器只需提供20kw的补给能量就可以维持110kw逆变电源的老化，即90kw+20kw＝110kw。交流电子负载模块将逆变电源输出的交流电压进行整流降压后并入直流电源供应器输出端(直流电源供应器输出端和逆变电源输入端分别连接在直流供电母线上)，实现能量回馈，系统工作后直流电源供应器只需补充因逆变电源与节能型交流电子负载模块自身转换效率产生的损耗部分，不仅节省电能，还大大减少了配套设备的投入，降低了测试成本。

本发明与传统的逆变电源老化方案相比，最主要区别是节省能耗，电能回馈效率在80％以上，可显著降低制造成本，同时还具有如下优点：

1)可以对老化过程实时监控，并记录被测产品输出参数，自动生成测试报表；

2)在负载模块的标称功率内，可以任意设置负载功率，以兼容不同功率的逆变电源老化需求；

3)减小直流电源供应器的功率需求，降低设备投入成本；

4)测试产生的热量大幅度降低，改善生产环境并降低车间制冷费用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。比如本发明中采用的无桥pfc为标准无桥pfc，可以实现同样功能的还有其改良和演化后的双boost无桥pfc、双向开关无桥pfc、图腾柱pfc等电路，在此不再一一举例。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。